XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

От чего на машине «рыжики»

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гречина К.А. 1

---

1Лицей имени А.Г Баженова

Левчук Ю.А. 1

---

1Лицей имени А.Г. Баженова

Работа в формате PDF

1.5 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Дома, на улицев школе, на работе – всюду нас окружают металлические предметы.Люди просто не мыслют свою жизнь без металлов.Металлы и их сплавы являются наиболее важными конструкционными материалами.

Папа купил машину летом, а весной я увидела, что на голубой машине появились «рыжики» (Приложение 4). Меня посетила мысль: «Надо выяснить, откуда на машине «рыжики»!?»

Как оказалось под воздействием окружающей среды металлы самопроизвольно разрушаются. А процесс разрушения металлов и изделий из него называется коррозией⁴.

Коррозия! Вот, что это за «рыжики». Я поставила перед собой задачу разобраться:

-что такое коррозия;

-как она появляется;

-что сделать, чтобы не было «рыжиков».

Вредэкономический и экологический наносит коррозия металлов . Люди несут огромные финансовые потери в результате коррозии деталей всех видов транспорта и технологического оборудования. Коррозия приводит к уменьшению надежности работы оборудования. Также коррозия приводит к загрязнению продукции, а значит, и к снижению ее качества. Затраты на возмещение потерь, связанных с коррозией, исчисляются миллиардами рублей [2].

Вред, наносимый коррозией, не только приводит к потере металла,но гибнет труд людей, затраченный на обработку металла и создание машин и механизмов. Коррозия металлов выводит из строя трубопроводы, разрушает опоры зданий, транспортные средства. Это приводит к катастрофам.

Коррозия вызывает и серьезные экологические последствия. Утечка газа, нефти и других опасных химических продуктов из разрушенных коррозией трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды, что негативно воздействует на здоровье людей. Коррозия приводит к загрезнению нашей планеты что ведет к гибели растений и животных.

В результате, потери от коррозии в разы превосходят стоимость самого металла. Существуют различные способы защиты металлов от коррозии. Использование защиты металлов от коррозии сохраняет природные ресурсы⁶ .

Актуальность исследования заключается в том ,что коррозия металлов приносит большие экономические и экологические проблемы.

Цель работы: исследование процесс коррозии металлов,через химический метод, действием разных сред на ржавление металла.

Гипотеза исследования: если на коррозию оказывает влияние определенные условия, значит есть вещества ускоряющие или замедляющие коррозию металлов и возможно можно регулировать процесс коррозии.

Задачи:

1.Изучить литературу и интернет;

2. Изучить явление коррозии на металлы (железо²);

3. Исследовать влияние состава раствора на коррозию металлов (железа);

4. Изучить способы защиты металлов (железа).

Объект исследования: процесс коррозии, протекающий в металлах (железе).

Предмет исследования: металл-железный гвоздь, растворы воды,соли.

Методы исследования: визуальное наблюдение, , химический эксперимент, изучение литературы, анализ.

Научная новизна: долговечность и эффективность металла зависит от защиты материала от коррозии.

1. Коррозия металлов

1.1. Понятие коррозии металлов

Слово «коррозия» происходит от латинского «corrodere», что означает «разъедать». Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, дерево, пластмассы и другие материалы. Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлов и металлических сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой [1].

В основе этого взаимодействия лежат химические и электрохимические реакции, а иногда и механическое воздействие внешней среды. В результате коррозии изменяются свойства металла, и часто происходит ухудшение его характеристик и свойств.

Все металлы, за исключением платины, золота, и серебра, встречаются в природе в виде соединений с кислородом, серой и в виде солей. Чтобы их получить в чистом виде, необходимо затратить различные энергоресурсы. При этом из устойчивого состояния в виде сложного вещества, металл переводят в простое вещество – неустойчивое состояние. Коррозия металлов – это процесс перехода металлов в то естественное состояние, в котором они встречаются в природе, например, в оксид металла (Fe₂O₃) [2].

Металл при коррозии может частично или полностью разрушаться. Химические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла и окружающейсреды, называют продуктами коррозии. Продукты коррозии могут оставаться на поверхности металла в виде оксидных пленок, окалины или ржавчины⁷. У железа чаще всего продуктом коррозии является ржавчина. Термин «ржавчина» присущ только продуктам коррозии железа и его сплавов. Любые другие металлы могут коррозировать, но не ржаветь! Если ржавчина на поверхности железных сплавов образует рыхлый слой, процесс коррозии распространяется далеко вглубь металла и может привести к образованию сквозных язв и свищей. Напротив, при окислении алюминия на поверхности образуется плотная сплошная пленка оксидов, которая предохраняет металл от дальнейшего разрушения [5].

Различают внутренние и внешние факторы коррозии.Внутренние факторы характеризуют влияние на вид и скорость коррозии металла (природа, и структура металла). Внешние факторы определяют влияние состава окружающей среды и условий протекания коррозии (температура, давление, влажность, содержание примесей в атмосфере, составы растворов) [2].

1.2. Виды коррозии металлов

Я узнала о двух основных вида коррозии металлов: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия протекает при взаимодействии металлов с сухими газами при повышенных температурах. Газовой коррозии подвергаются металлы при термической обработке (ковка, прокат, сварка), детали двигателей внутреннего сгорания, арматура печей [4].

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки. Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связанная с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные оксидные пленки образуются у Zn, Al, Cr, Ni, Pb.

У железа же оксидная пленка рыхлая, пористая и легко отделяется от поверхности и поэтому не способна защищать металл от дальнейшего разрушения. На поверхности щелочных и щелочно-земельных металлов в процессе окисления кислородом воздуха также образуются толстые, рыхлые ,оксидные пленки, которые не защищают эти металлы от разрушения.

Химическая коррозия протекает не только в сухих газах, но и в неэлектролитах (бензин, керосин). Например, коррозия бензобаков автомобилей, нефтехимического оборудования [6].

Электрохимическая коррозия происходит в токопроводящей среде - в электролите. Электролиты - вещества, растворы которых проводят электрический ток. Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат металлы различных примесей. Усиливается коррозия и при увеличении температуры [7].

2. Защита металлов от коррозии

2.1 Способы защиты металлов от коррозии

Защита металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а так же покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом [1].

Из интернета я узнала, что имеется такой способ уменьшения коррозии металлов как получение сплавов. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и других металлов. Такие стали не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место.

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую очередь используют никель, серебро, медь, свинец, хром. Во вторую очередь используют цинк, кадмий, алюминий.

Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газопроницаемостью, высокими водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит коррозию. Поэтому большое значение имеет качество покрытия — толщина слоя, сплошность, равномерность, проницаемость, способность набухать в воде, прочность сцепления. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии [4]. В обычной жизни люди могут защитить металлы от коррозии с помощью покраски изделий.

Все же несмотря на различные способы защиты металлов от коррозии рано или поздно металл превращается в металлолом. Металлолом — это различный металлический мусор (пришедших в негодность металлических изделий). Чаще всего к металлолому относят специально складируемый в отведенных местах металлический мусор для последующей переработки или утилизации [8]. Переработка металлолома имеет огромное экономическое и экологическое значение. Поэтому во многих странах более ста лет существуют мощности по переработке отходов металла. Все люди должны понимать, что металлический мусор (радиаторы, трубы, решетки с окон и другое) важно сдавать в специальные пункты приема металлов. Переработка собранного металлолома позволяет сокращать нагрузки на месторождения металлов (к настоящему времени сильно истощённые), улучшает экологическую обстановку. Железосодержащие руды³ — не возобновляемый природный ресурс, а металлолом - вторичное сырье¹, которое можно использовать неоднократно.

2.2. Исследование влияния различных факторов на процесс коррозии железа

Изучив просторы интернета, я убедилась, что жизнь человека без металлов невозможна! Самый более востребованный из металлов является железо. Этот металл более подвержен коррозии из-за своих характеристик. Окружающая среда: температура, давление и влажность, состав растворов разрушает металлы. Но существуют разные способы защиты металлов (изготовление нержавеющих сплавов, покрытие одних металлов другими) от коррозии.

Для исследования процесса коррозии я выбрала чаще используемый металл – железо. В исследовании я решила изучить, как влажность и состав раствора влияет на процесс коррозии железа. Также изучить распространенный способ защиты от коррозии — нанесение краски для металла от коррозии на поверхность гвоздя.

Исследование провели с помощью 3 опытов: 1. изучение коррозии железа в разных по составу водных растворах (см. Приложение 1); 2. изучение коррозии железа в атмосфере (см. Приложение 2); 3. защита железа от коррозии методом нанесения на его поверхность краски (см. Приложение 3).

Подробное описание опытов приведено в приложениях №№ 1- 3.

Проведенное нами исследование показало, что чем больше водный раствор содержит солей, тем быстрее происходит саморазрушение железа (см. Приложение 1). Железо разрушается во влажном воздухе быстрее ,чем в сухом (см. Приложение 2). Поэтому необходимо в помещениях с влажным воздухом более тщательно защищать железные изделия от возможной коррозии (см. Приложение 3).

Самым доступным способом защиты железных изделий от коррозии является покрытие их красками от коррозии. Так дольше и безопаснее будут использоваться автомобили, металлические ограждения, отопительные и водопроводные трубы, , каркасы теплиц и другие металлические изделия.

Если ржавчина уже образовалась - остановить процесс коррозии крайне трудно и не всегда удается. Лучше его предупреждать и заранее защищать металл!

В целях сбережения природных ресурсов, в том числе и железосодержащих руд, люди могут сдавать, состарившийся и вышедший из эксплуатации металл, в специальные пункты приема металлолома, а автомобили списывать на утилизацию в ГАИ.

Заключение

Чтобы использовать природные ресурсы более эффективно и рационально необходимо применять новые технологии и знания. Остановить коррозию металлов невозможно! Очень много факторов влияют.

В исследование объектом изучения был процесс коррозии на автомобиле. В процессе работы изучила разновидности коррозий. В результате химического эксперимента, мне удалось раскрыть механизм коррозийного процесса металлов. Основное влияние-это влажность и состав водного раствора.

Я установила, что самое агрессивная среда является соль, то есть реагент , которым посыпают дороги от наледи.

Гипотеза подтвердилась-полностью коррозию металлов не предотвратить. Единственный способ замедления- это защита лакокрасочными средствами. Таким образом, чтобы сохранить работоспособность автомобиля и финансы надо

-мыть от грязи;

-обнаруженные очаги коррозии устранять на корню;

-разрабатывать новые методы защиты металлов от коррозии.

А для сохранения и экономии природных ресурсов , сдавать ржавое железо на металлом!

Список литературы и интернет-источников

1. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника. Гл. Ред. И.П. Алимарин. М., «Советская Энциклопедия», 1975. 384 с. с ил.

2. Платонов, Ф.П. Лекционные опыты и демонстрации по общей и неорганической химии. Под ред. Г.П. Хомченко. Учеб. Пособие для вузов. М.., «Высш. Школа», 1976. 327 с. с ил.

Интернет-ресурсы

4. Все о коррозии [Электронный ресурс] http://www.okorrozii.com/rgavchina.html (Дата обращения — 25.04.2025).

5. Изучение процесса коррозии железа [Электронный ресурс] http://открытыйурок.рф/статьи/581254/(Дата обращения — 26.04.2025).

6.Как и от чего разрушаются металлы [Электронный ресурс] https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-uchenika-po-teme-kak-i-otchego-razrushayutsya-metalli-873171.html (Дата обращения — 15.04.2025).

7. Коррозия, исследовательская работа [Электронный ресурс] https://multiurok.ru/files/issliedovatiel-skaia-rabota-po-tiemie-korroziia.html (Дата обращения — 15.04.2025).

8. Металлолом [Электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/(Дата обращения — 30.04.2025)

Глоссарий

Вторичное сырье — производственные, промышленные, бытовые отходы, для которых имеется реальная возможность и целесообразность их использования после специальной переработки в народном хозяйстве.

Железо — химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева. Один из наиболее распространенных в природе элементов. Широкая распространенность в природе сочетается с очень ценными физическими свойствами.

Железосодержащие руды — железо входит в состав многих природных соединений — минералов, из которых слагаются железные руды. 20000000 миллиардов тонн железа сконцентрировано в виде месторождений, пригодных для промышленной разработки. Важнейшие руды: бурые железняки, красные железняки, магнитные железняки. Крупные месторождения железосодержащих руд находятся в России, Казахстане, США.

Коррозия металлов — физико-химическое взаимодействие металла со средой, ведущее к разрушению металла.

Металлы — химические элементы, характеризующиеся способностью отдавать внешние электроны. Металлы обладают такими свойствами как металлический блеск, то есть способность отражать солнечный свет, высокая электропроводимость, хорошая теплопроводимость, легкость пластической деформации.

Природные ресурсы - совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и используемые им в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества.

Ржавчина - является общим термином для определения окислов железа. В разговорной речи это слово применяется к красным окислам, образующимся в ходе реакции железа с кислородом в присутствии воды или влажного воздуха.

Приложение

Приложение 1 .

Опыт № 1. Изучение коррозии железа в водных растворах

Цель: изучение скорости протекания коррозии железа в разных водных растворах

I этап: в пробирки с дистиллированной, водопроводной водой, слабым и сильным раствором поваренной соли поместили железные гвозди и оставили на время. Опыт проводился при комнатной температуре +25°С.

II этап: Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения, в начале и конце опыта делали фотографии.

Вывод: чем больше в воде примесей различных солей, то есть чем агрессивнее среда, тем быстрее происходит разрушение железа. Быстрее всего и сильнее всего гвоздь заржавел в 3 пробирке.

Начало эксперимента

фото 1.

Окончание эксперимента

фото 2.

Приложение 2

Опыт № 2.Изучение коррозии железа в атмосфере

Цель: изучение скорости протекания коррозии железа в помещения с разным уровнем влажности.

I этап: в 2 сухие чашки Петри поместили по 1 железному гвоздю. 1 чашку разместили в ванной комнате, где наиболее влажный воздух, вторую в кладовой комнате, где более сухой воздух.

II этап: Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения, делали фотографии в начале и конце опыта.

Вывод:чем выше влажность помещения, то есть чем агрессивнее среда, тем быстрее происходит разрушение железа. Быстрее всего и сильнее всего гвоздь заржавел в ванной комнате.

Начало эксперимента

Фото в ванной:

фото 3.

Ф
ото в кладовой:

фото 4.

Окончание эксперимента

Фото в ванной:

фото 5.

Фото в кладовой:

фото 6.

Приложение 3.

Опыт № 3. Защита железа от коррозии методом нанесения на его поверхность лакокрасочной эмали

Цель: изучение способа защиты от коррозии железа покрытием его поверхности эмалью

I этап: в пробирки с сильным раствором поваренной соли поместили железные гвозди и оставили на время.

II этап: Каждые сутки визуально отмечали происходящие изменения, делали фотографии.

Вывод: покрытие железа лакокрасочными изделиями защищает его от коррозии. В 1 пробирке заржавела только непокрытая лакокрасочной эмалью часть, во второй пробирке гвоздь не заржавел.

Начало эксперимента:

фото 7.

Окончание эксперимента:

фото 8.

Приложение 4.